DE102004010769A1 - Hochfrequenz-Chirurgiegerät zum Schneiden und Koagulieren biologischer Gewebe - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hochfrequenzchirurgiegerät mit einem Hochfrequenz-Generator (2, 3) und einer Sensoreinrichtung (8), mit welcher die negative Gleichspannung (ULB_Minus), welche über dem Kondensator (4) ansteht, gemessen wird.
Eine negative Gleichspannung (ULB_Minus) über dem Kondensator (4) entsteht, wenn zwischen der Elektrode (20) eines Instruments und dem Schaft (19) eines Instruments oder zwischen einer Elektrode und Metallteilen oder zwischen den Elektroden eines bipolaren Instruments (15) oder zwischen einer Elektrode (20) und elektrisch leitfähiger Spülflüssigkeit (25) ein nicht bestimmungsgemäßer Lichtbogen (18, 23, 24) brennt.
Es ist eine Stelleinrichtung (5) vorgesehen, mit welcher der Grenzwert (max. ULB_Minus) einstellbar ist.
Es ist eine Stelleinrichtung (6) vorgesehen, mit welcher die Fehlerdauer (max. Dauer) zwischen der Entstehung einer negativen Gleichspannung (ULB_Minus) und der Reaktion des Steuerrechners (7) einstellbar ist.
Es ist ein Steuerrechner (7) vorgesehen, welcher die negative Gleichspannung (ULB_Minus) mit dem Grenzwert (max. ULB_Minus) vergleicht und bei Überschreitung des Grenzwertes einen akustischen und/oder optischen Alarm an die Anzeigeeinrichtung (11) ausgibt und den Hochfrequenz-Generator (2) nach Ablauf der Fehlerdauer (max. Dauer) abschaltet oder die Hochfrequenzspannung (U_HF) solange niedriger setzt, bis die negative Gleichspannung (ULB_Minus) kleiner als der Grenzwert (max. ULB_Minus) ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Hochfrequenzchirurgiegerät zum Schneiden und Koagulieren biologischer Gewebe mit Hochfrequenzstrom.
  • Ein Hochfrequenz-Generator (2, 3) erzeugt den Hochfrequenzstrom welcher über eine Elektrode dem Gewebe zum Schneiden oder zum Koagulieren zugeführt wird. Das Schneiden oder das Koagulieren erfolgt in monopolarer oder in bipolarer Technik.
  • Das Verfahren menschliches oder tierisches Gewebe mit Hilfe von Hochfrequenzstrom zu Zerschneiden oder zu Koagulieren, ist in der Chirurgie seit langem bekannt. Mit der Einführung der Mikroprozessortechnik Ende 1980 wurde das Verfahren hinsichtlich der Schneide- und Koagulations-Eigenschaften, sowie der Sicherheit und der Bedienbarkeit wesentlich verbessert.
  • Berührt die Elektrode das Gewebe entsteht an der Berührungsstelle eine hohe Stromdichte wodurch sich das Gewebe in der unmittelbaren Nähe der Elektrode stark erwärmt. Da die Zellen des Gewebes wasserhaltig oder fetthaltig sind, verdampfen diese Substanzen bei höheren Temperaturen, wodurch die Zellwände zerplatzen und dadurch zerstört werden. Hierdurch entsteht eine Trennung des Gewebes. Durch die Bewegung der Elektrode tritt ein stetiger Scheideeffekt ein. An den beiden Seiten des Schnittspaltes stellt sich eine Verkochung des Eiweißes und ein Schließen der durchschnittenen Kapillaren ein. Das Koagulieren größerer Blutgefäße mit einem Lichtbogen erfolgt indem die Bewegung der Elektrode eine gewisse Zeit an dieser Stelle angehalten wird, oder durch eine geringe Geschwindigkeit der Bewegung der Elektrode.
  • Der Wasserdampf, welcher bei einem Lichtbogen entsteht, bildet eine gasförmige Trennschicht wodurch die Elektrode gegenüber dem Gewebe isoliert wird. Bei einer hochfrequenten wechselförmigen Spannung bildet sich zwischen der gasförmigen Trennschicht und dem Gewebe ein Lichtbogen aus. Die Spitzenspannung zum Zünden dieses Lichtbogens ist von der Art des Gewebes und von verschiedenen anderen Einflüssen abhängig.
  • Es ist bekannt dass, die Spitzenspannung 170 bis 2q10 Volt betragen muss, damit zwischen einer elektrisch leitfähigen Elektrode und biologischem Gewebe ein Lichtbogen zündet.
  • In der Patentschrift DE 2504280 von 1976 wird eine Vorrichtung zum Messen der Größe des Lichtbogens vorgestellt. Durch die Messung und die Regelung des Lichtbogens ist eine deutliche Verbesserung der Schneide- und Koagulations-Eigenschaften möglich. Die ersten Hochfrequenzchirurgie-Geräte mit einer Lichtbogenregelung, gemäß dem in der Patentschrift 2504280 beschriebenen Verfahren, wurden Ende 1970 auf den Markt gebracht.
  • Die in der Patentschrift DE 2504280 vorgestellte Vorrichtung zum Messen des Lichtbogens basiert auf der Messung der Verzerrungen, welche durch das Entstehen von harmonischen und nicht harmonischen Oberwellen beim Brennen eines Lichtbogens im hochfrequenten Scheidestrom entstehen. Der Messwert welcher für die Regelung des Lichtbogens eingesetzt wird sind die Oberwellenanteile im hochfrequenten Schneidestrom. Bei diesem Verfahren ist von Nachteil, dass ein Hochfrequenz-Generator mit oberwellenfreier sinusförmiger Spannung benötigt wird, und dass die Höhe des hochfrequenten Scheidestromes die Messung der Oberwellenanteile stark verfälscht.
  • Es ist bekannt, dass bei der Entstehung eines Lichtbogens zwischen Elektrode und Gewebe niederfrequente Wechselströme entstehen. Niederfrequente Ströme können für den Patienten gefährliche Nerven-und Muskelreizungen zur Folge haben, deshalb wird in der Norm DIN/EN 60601-2-2, besondere Festlegung für die Sicherheit von Hochfrequenz-Chirurgiegeräten, eine Maßnahme zur Unterdrückung dieser Ströme festgesetzt. Diese Maßname besteht aus einem Kondensator (4) dem sogenannten Antifaradisationskondensator welcher in Reihe mit der Aktiven Elektrode (AE) oder der Neutrale Elektrode (NE) zu schalten ist.
  • Es ist bekannt, dass am Kondensator (4), bei der Entstehung eines Lichtbogens zwischen Elektrode (20) und Gewebe (27) eine positive Gleichspannung (ULB_Plus) entsteht.
  • Die Höhe der Gleichspannung (ULB_Plus) ist im wesentlichen proportional zu der Größe des Lichtbogens (22).
  • In der Europäischen Patentschrift 0391233 ( DE 3911416 ) von 1990 wird eine Vorrichtung zur Messung der Gleichspannung (ULB_Plus) und der daraus möglichen Steuerung und Regelung des Lichtbogens vorgestellt Hochfrequenzchirurgie-Geräte mit einer Lichtbogenregelung gemäß dem in der Patentschrift 0391233 beschriebenen Verfahrens wurden Anfang 1991 auf den Markt gebracht. Durch die Regelung des Lichtbogens wird eine gleichmäßige Tiefe der Koagulation und somit der Blutstillung beim Schneiden erreicht. Die in das Gewebe eingebrachte Leistung und Energie wird gegenüber Geräten ohne Lichtbogenregelung deutlich minimiert. Das Verfahren unterstützt den Anschnitt. Die Regelung des Lichtbogens erfolgt durch die Nachführung der Hochfrequenz-Ausgangsspannung (U_HF) des Hochfrequenz-Generators.
  • Bei den bekannten Verfahren zur Messung und Regelung des Lichtbogens gibt es bedeutende Nachteile. Die Verfahren erkennen nur einen Lichtbogen, welcher zwischen einer Elektrode und biologischem Gewebe brennt.
  • Brennt ein Lichtbogen zwischen Metallen zum Beispiel der Elektrode (20) eines Resektoskop und dem Schaft (19) oder zwischen den beiden nahe aneinanderliegenden Elektroden eines Instruments (15) bei Anwendung der bipolaren Technik, entsteht kein Lichtbogensignal. Als Folge erhöht die Lichtbogenregelung der am Markt befindlichen Geräte die Hochfrequenzausgangsspannung (U_HF) wodurch der Metallbrand stärker wird und binnen kurzer Zeit die Elektrode, Schlinge oder das Instrument zerstört wird. Es ist bekannt, dass bei Resektoskopen welche für die Resektion der Prostata TURP eingesetzt werden, das optische System durch den Metallbrand beschädigt wird. Der Schaden an einem Resektoskop welcher durch Metallbrand verursacht wird, kann mehrere tausend Euro betragen.
  • Schwerwiegend ist, dass die Operation durch den Schaden am Resektoskop unterbrochen oder abgebrochen werden muss, wodurch der Patient gefährdet wird.
  • In neuerer Zeit wird bei der Resektion der Prostata TURP als Spülflüssigkeit elektrisch leitfähige physiologische Kochsalzlösung eingesetzt. Dadurch ist es möglich dieses chirurgische Verfahren in bipolarer Technik durchzuführen. Der Einsatz physiologischer Kochsalzlösung hat gegenüber dem Einsatz elektrisch nicht leitfähiger Spülflüssigkeit medizinische und anwendungstechnische Vorteile.
  • Brennt ein Lichtbogen zwischen der Elektrode eines Resektoskop und der elektrisch leitfähigen physiologischen Kochsalzlösung entsteht bei den bekannten Verfahren zur Messung und Regelung des Lichtbogens kein Lichtbogensignal wodurch es zu einem hohen Energieeintrag in die Spülflüssigkeit kommt und sich die Spülflüssigkeit stark erwärmt.
  • Stand der Technik ist, dass für die Regelung des bestimmungsgemäßen Lichtbogens mit welchem der Scheideeffekt oder Koagulationseffekt einstellbar und regelbar ist, die positive Spannung (ULB_Plus) über dem Kondensator (4) gemessen und eingesetzt wird.
  • Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass bei der Entstehung eines nicht bestimmungsgemäßen Lichtbogens über dem Kondensator (4) eine negative Gleichspannung (ULB_Minus) entsteht.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung Hochfrequenz-Chirurgiegeräte so zu verbessern, dass ein nicht bestimmungsgemäßer Lichtbogen (18, 23, 24) welcher zwischen der Elektrode (20) des Instruments und dem Schaft (19) des Instruments, oder zwischen einer Elektrode und Metallteilen, oder zwischen den Elektroden eines bipolaren Instruments (15), oder zwischen einer Elektrode (20) und elektrisch leitfähiger Spülflüssigkeit (25) entsteht, erkannt gemessen und bewertet wird.
  • Es ist eine Stelleinrichtung (5) vorgesehen mit welcher der Grenzwert (Max. ULB_Minus) einstellbar ist.
  • Es ist eine Stelleinrichtung (6) vorgesehen mit welcher die Fehlerdauer (Max. Dauer) zwischen der Entstehung einer negativen Gleichspannung (ULB_Minus) und der Reaktion des Steuerrechners (7) einstellbar ist.
  • Es ist eine Steuerrechner (7) vorgesehen welcher die negative Gleichspannung (ULB_Minus) mit dem Grenzwert (Max. ULB_Minus) vergleicht und bei Überschreitung des Grenzwertes einen akustischen und/oder optischen Alarm an die Anzeigeeinrichtung (11) ausgibt und den Hochfrequenz-Generator (2) nach Ablauf der Fehlerdauer (Max.Dauer) abschaltet oder die Hochfrequenzspannung (U_HF), solange niedriger setzt bis die negative Gleichspannung (ULB_Minus) kleiner als der Grenzwert (Max. ULB_Minus) ist.
  • Es ist eine Anzeigeeinrichtung (11) vorgesehen welche eine optische Anzeige ausgibt und einen akustischen Alarm erzeugt.
  • 1 ein schematisches Schaltbild eines Hochfrequenzchirurgiegeräts mit der Darstellung der monopolaren Technik und bipolaren Technik und mit der Darstellung der bestimmungsgemäßen Lichtbögen (17, 22) und der nicht bestimmungsgemäßen Lichtbögen (18, 23, 24) und eine Erläuterung der Zeichnung 1 und
  • 2 ein schematisches Schaltbild einer Sensoreinrichtung (8) mit welcher die negative Gleichspannung ULB_Minus und die positive Gleichspannung ULB_Plus gemessen und das Ergebnis der Messung dem Steuerrechner (7) über die Datenleitung(L1) zugeführt wird und eine Erläuterung der Zeichnung 2.
  • Erläuterung Zeichnung 1
    • AE:
    aktive Elektrode.
    NE:
    Neutrale Elektrode. Anschluss einer großflächigen Neutralen Elektrode bei der monopolaren Technik.
    ZW:
    Zwischenstromkreis welcher gegenüber dem Anwendungsteil(AW) isoliert ist.
    AW:
    Anwendungsteil.
    L1:
    Datenleitung zwischen dem Steuerrechner (7) und der Sensoreinrichtung (8)
    L2:
    Datenleitung zwischen dem Steuerrechner (7) und der Sensoreinrichtung (9)
    L3:
    Datenleitung zwischen dem Steuerrechner (7) und der Sensoreinrichtung( 10)
    L4:
    Steuerleitung zwischen dem Steuerrechner (7) und dem Schaltwerk (12)
    L5:
    Steuerleitung zwischen dem Steuerrechner (7) und dem Hochfrequenz-Generator (2)
    • Nr. 1. Start/Stop Schaltung. Anschluss von Fußschaltern oder Fingerschaltern für die Aktivierung des Hochfrequenz-Generators.
    • Nr. 2: Hochfrequenz-Generator. Erzeugt die Hochfrequenzspannung für das Scheiden oder das Koagulieren von biologischer Gewebe mit Hochfrequenzstrom.
    • Nr. 3: Ausgangsübertrager. Trennt das Anwendungsteil vom Zwischenstromkreis.
    • Nr. 4. Antifaradisationskondensator (4) mit einer Kapazität von maximal 5000pF welcher in Reihe mit der Aktiven Elektrode AE zu schalten ist. Über dem Kondensator (4) liegt die negative Gleichspannung ULB_Minus an, welche durch einen nicht bestimmungsgemäßen Lichtbogen entsteht, oder es liegt eine positive Gleichspannung ULB_Plus an, welche durch einen bestimmungsgemäßen Lichtbogen entsteht.
    • Nr. 5: Stelleinrichtung mit welcher der Grenzwert (Max. ULB_Minus) stufenlos von Null bis zu einem maximal Wert eingestellt wird.
    • Nr. 6: Stelleinrichtung mit welcher die Fehlerdauer (Max. Dauer) stufenlos von Null bis zu einer maximal Zeit einstellbar ist.
    • Nr. 7. Der Steuerrechner (7) vergleicht die negative Gleichspannung (ULB_Minus) mit dem Grenzwert(Max. ULB_Minus) und gibt bei Überschreitung des Grenzwertes einen akustischen und/oder optischen Alarm an die Anzeigeeinrichtung (11) aus und schaltet den Hochfrequenz-Generator (2) nach Ablauf der Fehlerdauer (Max.Dauer) ab oder stellt die Hochfrequenzspannung (U_HF) solange niedriger bis die negative Gleichspannung (ULB_Minus) kleiner als der Grenzwert (Max. ULB_Minus) ist.
    • Nr. 8. Sensoreinrichtung mit welcher die negative Gleichspannung ULB_Minus und die positive Gleichspannung ULB_Plus gemessen wird. Das Ergebnis der Messung wird dem Steuerrechner (7) zugeführt.
    • Nr. 9: Sensoreinrichtung mit welcher die Hochfrequenzausgangsspannung (U_HF) gemessen wird.
    • Nr. 10: Sensoreinrichtung mit welcher der Hochfrequenzausgangsstrom (I_HF) gemessen wird.
    • Nr. 11: Anzeigeeinrichtung für die Anzeige eines akustischen und/oder optischen Alarms.
    • Nr. 12. Schaltwerk für das Aufschalten der Hochfrequenzspannung auf die monopolare Ausgangsbuchse (14) oder die bipolare Ausgangsbuchse (13).
    • Nr. 13. Bipolare Ausgangsbuchse.
    • Nr. 14. Monopolare Ausgangsbuchse.
    • Nr. 15: Bipolares Instrument für das bipolare Schneiden oder die bipolare Koagulation.
    • Nr. 16: Biologisches Gewebe bei Anwendung der bipolaren Technik
    • Nr. 17: Bestimmungsgemäßer Lichtbogen (17) welcher beim bipolaren Schneiden oder der bipolaren Koagulation zwischen einer Elektrode des Instruments (15) und dem Gewebe (16) entsteht.
    • Nr. 18. Nicht bestimmungsgemäßer Lichtbogen (18) welcher beim bipolaren Schneiden oder der bipolaren Koagulation zwischen den beiden Elektroden des Instruments (15) durch Metallbrand entsteht.
    • Nr. 19. Schaft eines monopolares Instruments zum Beispiel Schaft eines Resektoskop.
    • Nr. 20. Schlinge eines monopolares Instrument zum Beispiel Schlinge eines Resektoskop.
    • Nr. 21. Durch die Anwendung bedingte kapazitive Kopplung zwischen dem Schaft eines monopolares Instrument (19) und der Neutrale Elektrode NE (26).
    • Nr. 22. Bestimmungsgemäßer Lichtbogen (22) welcher beim monopolaren Schneiden oder der monopolaren Koagulation zwischen dem Gewebe (27) und der Elektrode (20) entsteht.
    • Nr. 23: Nicht bestimmungsgemäßer Lichtbogen (23) welcher beim monopolaren Schneiden oder der monopolaren Koagulation zwischen der Elektrode (20) und dem Schaft (19) eines Instruments durch Metallbrand entsteht.
    • Nr. 24. Nicht bestimmungsgemäßer Lichtbogen (23) welcher beim monopolaren Schneiden oder der monopolaren Koagulation zwischen der Elektrode (20) und der elektrische leitfähigen Spülflüssigkeit (25) entsteht.
    • Nr. 26: Großflächige neutrale Elektrode NE welche bei der monopolaren Technik eingesetzt wird.
    • Nr. 27. Biologisches Gewebe bei Anwendung der monopolaren Technik.
  • Erläuterung Zeichnung 2
    • R1.R2:
    Spannungsteiler.
    (+U1):
    positive Versorgungsspannungen.
    (+U2):
    positive Versorgungsspannungen.
    (–U3):
    negative Versorgungsspannungen.
    Ch1:
    Messkanal für die Messung der Gleichspannung (ULB_Plus)
    Ch2:
    Messkanal für die Messung der Gleichspannung (ULB_MinusPlus)
    • Nr. 30: Netzteil mit einer Trennstrecke zwischen dem Zwischenstromkreis (ZW) und dem Anwendungsteil (AW) und der Erzeugung der Versorgungsspannungen (+U1),(+U2) (–U3)
    • Nr. 31: Nicht invertierender Gleichspannungsverstärker.
    • Nr. 32: Invertierender Gleichspannungsverstärker.
    • Nr. 33: Steuerrechner im integriertem analog/digital- Wandler welcher über den Trennverstärker (34) die Messwerte der Gleichspannung (ULB_Minus) und der Gleichspannung (ULB_Plus) dem Steuerrechner (7) zuführt.
    • Nr. 34. Optischer oder induktiver Trennverstärker welcher Zwischenstromkreis und das Anwendungsteil trennt und die Messwerte (ULB_Minus) und (ULB_Plus) über die Datenleitung (L1) dem Steuerrechner (7) zuführt.

Claims (4)

  1. Hochfrequenz-Chirurgiegerät zum Scheiden und Koagulieren biologischer Gewebe ausgestattet mit einem Hochfrequenz-Generator (2, 3) und einer Sensoreinrichtung (8) mit welcher die negative Gleichspannung (ULB_Minus), welche über dem Kondensator (4) entsteht, wenn zwischen der Elektrode (20) eines Instrumentes und dem Schaft eines Instrumentes (19), oder zwischen einer Elektrode und Metallteilen, oder zwischen den Elektroden eines bipolaren Instrumentes (15), oder zwischen einer Elektrode (20) und elektrisch leitfähiger Spülflüssigkeit (25), ein nicht bestimmungsgemäßer Lichtbogen (18, 23, 24) brennt, gemessen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sensoreinrichtung (9) vorgesehen ist mit welcher die Hochfrequenzausgangsspannung (U_HF) gemessen wird und das Ergebnis der Messung dem Steuerrechner (8) über die Datenleitungen (L2) zugeführt wird, und dass eine Sensoreinrichtung (10) vorgesehen ist, mit welcher der Hochfrequenzstrom (I_HF) gemessen wird und das Ergebnis der Messung dem Steuerrechner (8) die Datenleitungen (L3) zugeführt wird, und dass eine Stelleinrichtung (5) vorgesehen ist mit welcher der Grenzwert (Max. ULB_Minus) einstellbar ist, und dass eine Stelleinrichtung (6) vorgesehen ist mit welcher die Fehlerdauer (Max. Dauer) zwischen der Entstehung einer negativen Gleichspannung (ULB_Minus) und der Reaktion des Steuerrechners (7) einstellbar ist, und dass ein Steuerrechner (7) vorgesehen ist welcher die negative Gleichspannung (ULB_Minus) mit dem Grenzwert (Max. ULB_Minus) vergleicht und bei Überschreitung des Grenzwertes einen akustischen und/oder optischen Alarm an die Anzeigeeinrichtung (11) und nach Ablauf der Fehlerdauer (Max.Dauer) den Hochfrequenz-Generator (2) abschaltet oder die Hochfrequenzspannung (U_HF) solange niedriger setzt bis die negative Gleichspannung (ULB_Minus) kleiner als der Grenzwert (Max. ULB_Minus) ist, und dass eine Anzeigeeinrichtung (11) vorgesehen ist welche eine optische Anzeige ausgibt und einen akustischen Alarms erzeugt.
  2. Hochfrequenz-Chirurgiegerät nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass mit der Sensoreinrichtung (8) die negative Gleichspannung (ULB_Minus) und die positive gemessen wird und dass, das Ergebnis der Messung dem dem Steuerrechner (8) über eine Datenleitungen (L1) zugeführt wird.
  3. Hochfrequenz-Chirurgiegerät nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass mit der Stelleinrichtung (5) der Grenzwert (Max. ULB_Minus) stufenlos von Null einstellbar ist bis zu einem maximal Wert einstellbar ist.
  4. Hochfrequenz-Chirurgiegerät nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass mit der Stelleinrichtung (6) der Grenzwert die Fehlerdauer (Max. Dauer) stufenlos von Null bis zu einer maximal Zeit einstellbar ist.
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